Суюк кристалл эластомер (liquid crystal elastomer, LCE) суюк кристаллдардын молекулалык иреттүүлүгүн кайчылаш байланышкан эластомер тармагынын механикалык ийкемдүүлүгү менен айкалыштырган, тышкы таасирге сезгич полимердик материал. Бул изилдөөдө Shuhua Li, Yan Lin, Yanping Deng жана Jiawen Chen LCE ультракызгылт көк жарык астында пайда кылган фототермалдык ысытууну силикон майы менен майланган, сүрүлүүсү төмөн полидиметилсилоксан (PDMS) бети менен айкалыштырып, суу тамчыларын тийиштирбестен белгилүү багытта кыймылдата ала турган композиттик бет даярдашкан. Тажрыйбаларда 5 µL деиондоштурулган суу тамчысынын бир тарабы 365 nm толкун узундугундагы жана 250 mW/cm² интенсивдүүлүктөгү UV жарыгы менен жергиликтүү нурлантылган. Композиттик бетте тамчы болжол менен 34 секундда 16 mm жылып, орточо 0.47 mm/s ылдамдык көрсөткөн. UV жарыгы өчүрүлгөндө кыймыл токтогон.

Система эки функционалдык катмардын биргелешип иштешине негизделет. Төмөнкү кайчылаш байланышкан LCE катмары UV жарыгын жергиликтүү температуранын жогорулашына айландырган фототермалдык компонент болуп саналат. Үстүндөгү силикон майы менен майланган PDMS катмары болсо тамчынын бет үстүндөгү механикалык каршылыгын өтө төмөн деңгээлге түшүрөт. LCEнин өзүнүн ысышы жетиштүү болгон эмес; сүрүлүүсү төмөн PDMS-силикон майы бети да UV астында тамчыны кыймылдаткан эмес. Багытталган ташуу LCE түзгөн температуралык градиент менен майланган PDMS бетинин төмөн сүрүлүүсү бир убакта болгондо гана алынган.

Жергиликтүү UV нурлануусу тамчынын нур тийген тарабындагы LCEни ысытып, температуранын бул айырмасы беттик жана фазалар аралык чыңалууларды өзгөртүү аркылуу тамчынын эки тарабындагы тийишүү бурчтарын тең эмес кылган. Булак изилдөөдө бул механизм Young теңдемеси, нымдануу градиентинен пайда болгон Young күчү жана температурадан келип чыккан беттик чыңалуу градиентинен пайда болгон Marangoni күчү менен түшүндүрүлгөн. Тамчынын багытталган кыймылы Young жана Marangoni күчтөрүнүн суммасы беттик каршылыктан ашканы менен байланышкан.

Изилдөө ошондой эле эки 5 µL тамчыны UV жарыгы менен бири-бирине карай жылдырып, бириктирүүгө болорун көрсөткөн. Пайда болгон 10 µL тамчы UV астында 25 секундда 7 mm жылып, болжол менен 0.28 mm/s ылдамдык көрсөткөн. Ошол эле учурда изилдөө лабораториялык масштабда жүргүзүлгөн. Дары же клетка ташуу, туман чогултуу, өзүн-өзү тазалоо же музданууну алдын алуу сыяктуу колдонмолор түздөн-түз сыноодон өткөрүлгөн эмес; булар изилдөөчүлөр келечектеги мүмкүн болгон колдонуу багыттары катары баалаган тармактар.

Изилдөөнүн негизги көйгөйү

Микро жана аз көлөмдүү суюктук тамчыларын көзөмөлдөнгөн түрдө кыймылдатуу микрофлюидикалык системалар, химиялык анализ, материал синтези жана тамчыга негизделген ташуу колдонмолору үчүн маанилүү маселе болуп саналат. Тамчылар чакан жана өз алдынча көлөм түзгөндүктөн, реакция чөйрөсү же ташуучу катары колдонулушу мүмкүн. Бирок тамчыны ачык бет үстүндө керектүү убакта, керектүү багытта жана мүмкүн болушунча аз булгануу коркунучу менен кыймылдатуу оңой эмес.

Тамчы ташуу ыкмалары жалпысынан пассивдүү жана активдүү ыкмаларга бөлүнөт. Пассивдүү беттер геометрия же нымдануучулуктагы айырма сыяктуу алдын ала түзүлгөн асимметрияларды пайдаланат. Активдүү системалар болсо электр, магнит талаасы же жарык сыяктуу тышкы таасирлер аркылуу тамчынын кыймылын башкарууга аракет кылат. Жарыкка негизделген ыкмалардын маанилүү артыкчылыгы — аларды алыстан жана түз механикалык тийишүүсүз колдонууга болот.

Ошол эле учурда мурдагы фототермалдык ыкмаларда жарыкты жылуулукка айландыруу үчүн тамчынын ичине же беттик материалга кошумча фототермалдык бөлүкчөлөр кошулушу мүмкүн. Бул изилдөөнүн ыкмасы кошумча фототермалдык нанобөлүкчөлөрдү кошуунун ордуна LCEнин өзүнүн жарык менен индукцияланган жылуулук жообун пайдалануу болуп саналат.

Суюк кристалл эластомер деген эмне?

LCE — суюк кристалл молекулаларынын иреттүү түзүлүшүн кайчылаш байланышкан полимер тармагынын серпилгич касиеттери менен айкалыштырган материалдар классы. Бул иреттүү, бирок ийкемдүү тармак жарык, электр, магнит талаасы же эриткич сыяктуу тышкы таасирлерге жооп катары физикалык касиеттерин өзгөртө алат. Бул изилдөөдө LCEнин негизги милдети механикалык форма өзгөртүүдөн көрө фототермалдык жылуулук өндүрүү: UV жарыгы түшүрүлгөн аймак башка аймактарга салыштырмалуу тезирээк ысыйт жана тамчы боюнча температуралык градиенттин пайда болушуна салым кошот.

PDMS жана силикон майы эмне үчүн колдонулган?

Полидиметилсилоксан (PDMS) — силикон негизиндеги эластомердик полимер. Изилдөөдө PDMS тамчы түз тийишкен үстүңкү бет катары колдонулган. Мунун себеби анын химиялык түзүлүшүндө гана эмес, силикон майы менен иштетилгенде өтө төмөн жылуу бурчуна ээ тайгак бет түзө алышында.

Таза LCE үстүндө тамчы бетке бекем жабышып, бет 90° чейин кыйшайтылганына карабастан жылган эмес. Таза PDMSте жылуу бурчу 51.1° чейин төмөндөгөн. PDMS силикон майы менен майланганда жылуу бурчу болжол менен 3° чейин азайган. Демек, LCE камсыз кылган фототермалдык кыймылдатуучу механизм тамчыны чындап ташый алышы үчүн беттин каршы сүрүлүү/адгезия каршылыгы да жетишерлик аз болушу керек.

Бул системада UV жарыгы суу тамчысын кантип кыймылдатат?

UV жарыгы тамчынын бир тарабындагы LCE катмарын гана жергиликтүү ысытат; пайда болгон температуралык градиент фазалар аралык чыңалууларды жана тамчынын эки тарабындагы тийишүү бурчтарын тең эмес кылат. Бул асимметрия нымдануу градиентинен келип чыккан Young күчүн түзсө, тамчы боюнча температурага көз каранды беттик чыңалуу айырмасы Marangoni күчүн пайда кылат. Изилдөөнүн күч моделине ылайык, ушул эки кыймылдатуучу таасирдин суммасы беттик каршылык күчүнөн ашканда тамчы нур тийген ысык аймактан нур тийбеген салкын аймакка карай жылат.

Тийишүү бурчу эмнени билдирет?

Тийишүү бурчу — суюктук тамчысы бет менен кошулган жерде тамчы геометриясынын бетке карата түзгөн бурчу жана ал бет менен суюктуктун фазалар аралык өз ара аракеттенүүсү тууралуу маалымат берет. Бул изилдөөдө UV колдонулбаганда тамчынын эки тарабы болжол менен симметриялуу болуп, авторлордун көрсөтмөсүндө θ_A = θ_B абалында турат. Сол жактагы A аймагы ысытылганда θ_A чоңоёт жана θ_A > θ_B теңсиздиги пайда болот. Ошентип баштапкы механикалык тең салмак бузулат.

Marangoni эффекти деген эмне?

Marangoni эффекти — суюктуктун фазалар аралык чек арасы боюнча беттик чыңалуунун орунга жараша өзгөрүшү агымды пайда кылган кубулуш. Температура беттик чыңалууну өзгөртө алгандыктан, тамчынын бир тарабы экинчисинен ысык болгондо тамчынын ичинде жана фазалар аралык чек арада багытталган агым пайда болушу мүмкүн. Изилдөөдө боёк-трекер колдонулуп, UV нурлануусу учурунда тамчынын ичинде ачык агым байкалган жана авторлор муну Marangoni агымынын бар экенин колдогон эксперименттик байкоо катары баалашкан.

Эмне үчүн жалгыз LCE же жалгыз тайгак PDMS бети жетишсиз?

Контролдук тажрыйбалар багытталган тамчы кыймылы эки функциянын бирге болушуна көз каранды экенин көрсөткөн: LCE катмары жетиштүү фототермалдык температуралык градиент түзсө, силикон майы менен майланган PDMS катмары тамчынын беттик каршылыгын азайтат. PDMS жана PDMS-силикон майы беттери UV астында бир аз ысыганы менен тамчы кыймылын көрсөткөн эмес; PDMS/LCE жана LCE-силикон майы түзүлүштөрүндө температуранын ачык жогорулашы байкалганына карабастан, беттик каршылык жетишерлик төмөн болбогондуктан тамчылар кыймылсыз калган.

Изилдөө колдогон жана колдобогон жыйынтыктар

Изилдөөнүн Ыкмасы жана Жыйынтыктары

Колдонулган негизги материалдар

• RM257: 1,4-Bis-[4-(3-acryloyloxypropyloxy)benzoyloxy]-2-methylbenzene; LCE тармагынын суюк кристалл компоненттеринин бири.
• EDDET: 3,6-dioxo-1,8-octanedisulfide; тиол камтыган компонент.
• PETMP: pentaerythritol tetra-3-mercaptopropionate; төрт функционалдуу тиол кайчылаш байланыштыргыч.
• DPA: n-propylamine; Michael кошулуу реакциясында катализатор катары колдонулган.
• IRG819: фотоинициатор.
• PDMS: Sylgard 184 прекурсору жана катуулатуучу зат колдонулуп даярдалган.
• Силикон майы: 5 cSt илешкектүүлүктөгү Dow Corning силикон майы колдонулган.

Өлчөө приборлору

PETMP курамы өзгөртүлгөн алгачкы LCE сериясы

Изилдөөчүлөр PETMPнин жалпы тиол топторунун ичиндеги молярдык үлүшүн өзгөртүү менен үч LCE формуласын даярдашкан: PETMP-0, PETMP-20 жана PETMP-40. Бул аталыштар PETMPден келип чыккан тиол топторунун жалпы тиолдогу тиешелүүлүгүнө жараша %0, %20 жана %40 молярдык үлүшүн билдирет. EDDET жана PETMP өлчөмдөрү өзгөртүлгөндө жалпы тиол молунун саны туруктуу сакталган.

RM257, EDDET, PETMP жана 10 µL DPA 4 mL дихлорметанда эритилип, бөлмө температурасында 10 мүнөт ультраүндүк иштетүү жүргүзүлгөн. Аралашма 4.0 cm × 4.0 cm × 1.3 cm оюк өлчөмүндөгү PTFE калыбына өткөрүлүп, Michael кошулуу реакциясы толук бүтүшү үчүн бөлмө температурасында 24 саат кармалган. Бул убакта эриткич акырын бууланып, тегиз гель абалындагы пленка пайда болгон. Андан кийин калган эриткичти кетирүү үчүн пленка 30 °Cде вакуумдук шкафта 24 саат кургатылган.

Michael кошулуу реакциясы FTIR менен кантип көзөмөлдөнгөн?

EDDET жана PETMPдеги S–H байланышынын созулуу термелүүсү болжол менен 2560 cm⁻¹ аймагында FTIR тилкесин берет. LCE пайда болуу учурунда бул S–H тилкесинин жоголушу тиол тобунун акрилат тобу менен Michael кошулуу реакциясына киргенин колдогон спектроскопиялык көрсөткүч катары колдонулган. Бул өлчөө реакция механизминин бардык аралык баскычтарын өз алдынча көрсөтпөйт; бирок баштапкы эркин S–H функциясынын сарпталышын көзөмөлдөө үчүн колдонулган.

Термалдык мүнөздөмө

T_g — айнектешүү өтүү температурасы. Ал полимер чынжырларынын төмөн температурадагы көбүрөөк чектелген кыймыл абалынан мобилдүүрөөк сегменттик жүрүм-турумга өтүүчү температура аймагын билдирет. PETMP көлөмү көбөйгөн сайын T_gнин −12.07 °Cден −1.35 °Cге көтөрүлүшү булакта кайчылаш байланыш тыгыздыгынын жогорулашы полимер чынжырынын кыймылын чектегени менен байланыштырылган.

T_NI нематикалык иреттүү фазадан изотроптук фазага өтүү температурасын билдирет. PETMP-40 үчүн 72.86 °C, PETMP-20 үчүн 62.23 °C билдирилген. Изилдөөчүлөр бул өзгөрүүнү кайчылаш байланыш чекиттеринин саны чынжырдын тартипсиздениши үчүн керектүү энергияга таасир эткени менен байланыштырышкан.

Термогравиметриялык анализде PETMP-0, PETMP-20 жана PETMP-40 үлгүлөрү болжол менен 300 °Cден төмөн температурада негизинен туруктуу бойдон калганы билдирилген. Бул жыйынтык тажрыйба системасынын термалдык мүнөздөмөсүнө тиешелүү; материалдын бардык колдонуу шарттарында узак мөөнөттүү чыдамдуулугун далилдебейт.

PETMP-40-IRG819 кантип даярдалган?

Фототермалдык касиеттерди жакшыртуу жана калган эркин акрилат топторунун полимерлешүүсүн улантуу максатында PETMP-40 формуласына IRG819 фотоинициатору кошулган. Колдонулган аралашма:

• RM257: 0.7032 g, 1.19 mmol
• EDDET: 0.1268 g, 0.70 mmol
• PETMP: 0.1134 g, 0.23 mmol
• IRG819: салмак боюнча %1
• DPA: 10 µL
• DCM: 4 mL

Аралашма бөлмө температурасында 10 мүнөт ультраүн менен дисперсияланып, 4 cm × 4.0 cm × 1.3 cm өлчөмүндөгү PTFE калыбына өткөрүлгөн жана бөлмө температурасында 24 саат алдын ала кайчылаш байланышка калтырылган. Андан соң пленка 15 мүнөт UV астында фотополимерлештирилген. Калган IRG819ду кетирүү үчүн суусуз этанол менен жуулуп, бөлмө температурасында вакуум алдында туруктуу массага чейин кургатылган. Акыркы LCE пленкасынын калыңдыгы болжол менен 2 mm деп билдирилген.

PETMP-40-IRG819 үлгүсүнүн T_g мааниси 7.45 °Cге көтөрүлгөн. Булак бул өзгөрүүнү жогору кайчылаш байланыш тыгыздыгы чынжыр кыймылын чектегени менен байланыштырат. T_NI өтүүсүнө тиешелүү чоку болсо кеңейип, алсырап, ачыктыгын жоготкон.

Фототермалдык жооп

PETMP-0, PETMP-20 жана PETMP-40 үлгүлөрү 365 nm UV жарыгы астында салыштырылган. Бирдей нурлануу шарттарында PETMP-40 алгачкы үч формуланын ичинен эң ачык фототермалдык температура жогорулашын көрсөткөн. PETMP-40-IRG819 даярдалгандан кийин бул үлгү да температуранын тез жогорулашын көрсөткөнү аныкталып, изилдөөнүн калган тажрыйбаларында LCE катмары катары PETMP-40-IRG819 колдонулган.

Булактын 2D-сүрөтүндө UV интенсивдүүлүгү өскөн сайын температуранын жогорулашы күчөй турганы көрсөтүлгөн. Ийри сызыктар 50, 150 жана 250 mW/cm² жарык интенсивдүүлүктөрүн салыштырат. Булак тексти бул байланышты жарык интенсивдүүлүгү–жылуулук өндүрүшү ортосундагы оң байланыш катары түшүндүрөт. Бул жерде график ийри сызыктарынан жаңы аралык температура маанилери чыгарылган эмес.

PDMS-силикон майы катмарын даярдоо

PDMS прекурсору жана катуулатуучу зат 10:1 масса катышында жакшылап аралаштырылган. Аралашма төрт бурчтуу PTFE калыбына куюлуп, газ көбүктөрү чыгарылгандан кийин 70 °Cлик жылыткычта 1 саат катырылган. Пайда болгон PDMS пленкасы калыптан чыгарылган.

Андан кийин PDMS пленкасы силикон майына толук батырылган бойдон 24 саат кармалган. Пленка чыгарылгандан кийин ашыкча май агып кетиши үчүн тик абалда калтырылган. Ошентип бетинде майлоочу катмары бар, болжол менен 1.5 mm калыңдыктагы PDMS-силикон майы пленкасы алынган.

Бул пленка LCE катмарынын үстүнө жайгаштырылып, PDMS-силикон майы/LCE композиттик бети түзүлгөн. Тамчы LCEнин түз үстүндө эмес, үстүндөгү сүрүлүүсү төмөн майланган PDMS бетинде кыймылдайт; LCE болсо ылдый жактан фототермалдык жылуулук булагы катары кызмат кылат.

Жылуу бурчу бет тандоону кантип аныктаган?

Жылуу бурчу — бет кыйшайтылганда тамчы кыймылдай баштаган кыйшайуу бурчу. Кичине жылуу бурчу, адатта, тамчы кыймылына каршы беттик каршылык төмөн экенин көрсөтөт. Булактын 3-сүрөтүндө берилген маанилер төмөнкүдөй:

Бул салыштыруу LCEнин фототермалдык касиети гана жетишсиз экенин ачык көрсөтөт. Энергия/күч булагы менен төмөн беттик каршылык өзүнчө функциялар катары бир композиттик системада бириктирилиши керек болгон.

Тамчы кыймылы тажрыйбасынын шарттары

• Тамчы: 5 µL деиондоштурулган суу.
• Бет: PDMS-силикон майы/LCE композити.
• Жарык толкун узундугу: 365 nm UV.
• Жарык интенсивдүүлүгү: 250 mW/cm².
• Нурлануу орду: Тамчынын сол тарабы.
• Кыймыл багыты: Нур тийбеген аймакка карай.
• Байкалган аралык: 16 mm.
• Байкалган убакыт: болжол менен 34 s.
• Булакта билдирилген орточо ылдамдык: 0.47 mm/s.

Көрүү аркылуу көзөмөлдөө максатында тиешелүү тажрыйбаларда тамчыга кара пигмент кошулган. Жергиликтүү нурлануу башталганда сол жакта температура жогорулап, тамчы кыймылсыз абалдан кыймылдуу абалга өткөн. UV булагы өчүрүлгөндө кыймыл кыска убакытта токтогон.

Контролдук тажрыйбалар

Булак механизмин Verianla үчүн кайра куруу

Теңдеме 1 — Young теңдемеси

Формула эмнени түшүндүрөт? Young теңдемеси тамчынын тийишүү бурчу менен ар түрдүү фазалар аралык чыңалуулардын ортосундагы тең салмакты байланыштырат. Изилдөөдө бул теңдеме жергиликтүү температура өзгөрүүсү фазалар аралык чыңалуулардын бирин өзгөрткөндө тамчынын тийишүү бурчу эмне үчүн өзгөрүшү мүмкүн экенин түшүндүрүү үчүн колдонулган.

• γ_la: суюктук–аба фазалар аралык чыңалуусу.
• γ_oa: май–аба фазалар аралык чыңалуусу.
• γ_ol: май–суюктук фазалар аралык чыңалуусу.
• θ: тийишүү бурчу.

Фазалар аралык чыңалуулардын SI бирдиги N/m; тийишүү бурчу бурчтук чоңдук. Теңдемеде cosθ өлчөмсүз, ошондуктан γ_lacosθ мүчөсү да N/m өлчөмүнө ээ жана теңдеменин эки тарабы өлчөм жагынан шайкеш келет.

UV жарыгы A тарабындагы LCEни ысытканда, булак изилдөөнүн механизм түшүндүрмөсүнө ылайык бул аймакта γ_oa(A) азаят жана ошого кошо тийишүү бурчу θ_A көбөйөт. Нур тийбеген B тарабында төмөнүрөөк температура сакталат. Натыйжада баштапкы θ_A = θ_B тең салмагы бузулуп, θ_A > θ_B абалына өтөт.

Теңдеме 2 — Нымдануу градиентинен келип чыккан Young күчү

Формула эмнени эсептейт? Булакта F_Y тамчынын эки тарабындагы тийишүү бурчтары айырмаланганда пайда болгон нымдануу градиентинен келип чыккан кыймылдатуучу күчтүн болжолдуу туюнтмасы.

• F_Y: Young/нымдануу градиентинин күчү; күч бирдиги N.
• R: тамчынын мүнөздүү радиусу; узундук бирдиги m.
• θ_A: нур тийген жана ысыкыраак A тарабындагы тийишүү бурчу.
• θ_B: нур тийбеген B тарабындагы тийишүү бурчу.
• γ_la: суюктук–аба фазалар аралык чыңалуусу; N/m.

Өлчөм жагынан R × γ_la = m × N/m = N болгондуктан, туюнтма күч берет. θ_A жана θ_B айырмаланбаса, косинустардын айырмасы нөлгө жакындайт жана бул күч компонентинин кыймылдатуучу таасири жоголот. Ошондуктан изилдөөдөгү негизги механизм тийишүү бурчунун маанисине гана эмес, тамчынын эки тарабынын ортосундагы асимметрияга негизделет.

Теңдеме 3 — Marangoni күчү

Формула эмнени эсептейт? F_M температура орунга жараша өзгөргөндүктөн суюктук–аба беттик чыңалуусунда пайда болгон градиент тамчыга тийгизген болжолдуу Marangoni күчүн билдирет.

• F_M: Marangoni күчү; N.
• R: тамчынын мүнөздүү радиусу; m.
• dγ_la/dT: суюктук–аба беттик чыңалуусунун температурага сезгичтиги; болжол менен N/(m·K).
• dT/dx: бет боюнча температуралык градиент; K/m.

Өлчөмдүк анализде R² × [N/(m·K)] × [K/m] = N алынат. Демек, туюнтма күч өлчөмүнө ээ.

Бул теңдемеде эки туундунун көбөйтүндүсү маанилүү. Эгер беттик чыңалуу температурадан таасирленбесе dγ_la/dT кичирейет; бет боюнча температура айырмасы болбосо dT/dx кичирейет. Эки учурда тең температурага көз каранды Marangoni түртүү күчү азаят. Бул түшүндүрмө теңдеменин математикалык түзүлүшүнөн келип чыгат; булакта мындан тышкары UV менен түзүлгөн температуралык градиентке байланышкан Marangoni агымы боёк-трекер менен байкалган.

Кыймыл үчүн күчтөрдүн тең салмактуулугу

Булак изилдөөнүн механизм анализинде тамчы кыймылдай башташы үчүн төмөнкү шарт колдонулган:

Бул жерде F_H — беттин тамчы кыймылына каршы көрсөткөн каршылык күчү. Бул байланыш изилдөөгө эмне үчүн LCE да, өтө тайгак PDMS-силикон майы катмары да керек экенин түшүндүрөт. LCE F_Y жана F_M күчтөрүн жараткан температура/нымдануу асимметриясын камсыз кылат; майланган PDMS болсо F_Hти азайтат. Кыймылдатуучу күчтөр беттик каршылыктан аша албаса, температура жогоруласа да тамчы кыймылдабай калышы мүмкүн.

Температуранын суунун тийишүү бурчуна таасири

25 °Cден 55 °Cге көтөрүлгөндө статикалык тийишүү бурчунун 98.2°ден 106.2°ге жогорулашы температура майланган PDMS бетиндеги тамчы геометриясын өзгөртө аларын колдойт. Изилдөөчүлөр бул байкоону LCEден келип чыккан жергиликтүү температуранын жогорулашы тамчынын эки тарабында тийишүү бурчу асимметриясын түзө алышынын эксперименттик негиздеринин бири катары колдонушкан.

Тамчылардын биригүү тажрыйбасы

Изилдөөдө жалгыз тамчынын кыймылынан тышкары ушул эле система менен эки 5 µL тамчы колдонулган. Жарык жок кезде эки тамчы тең кыймылсыз калган. Биринчи тамчыга ылайыктуу багытта UV колдонулганда, ал экинчи тамчыга карай жылып, эки тамчы бириккен.

Биригүүнүн натыйжасында пайда болгон болжол менен 10 µL тамчы UV жарыгы уланып турган убакта кыймылын улантып, 25 секундда 7 mm жол баскан. Булак орточо кыймыл ылдамдыгын болжол менен 0.28 mm/s деп билдирет. UV жарыгы токтотулганда бириккен тамчы да токтогон.

Эки тажрыйбанын ортосундагы ылдамдык айырмасы булактын түшүндүрмөсүндө тамчы көлөмү ташуу ылдамдыгына таасир этиши мүмкүн экенин көрсөтөт. Бирок ушул эки көлөмдүн негизинде жалпы ылдамдык–көлөм байланышын чыгаруу же математикалык масштабдоо мыйзамын түзүү булак тарабынан колдоого алынбайт.

Белгисиздик жана статистика жагынан эмнени билебиз?

Булактын 2-сүрөтүндө фототермалдык температура ийри сызыктары үч көз карандысыз өлчөөнүн орточо маанисин көрсөтөрү жана алардын айланасындагы көлөкөлүү аймактар стандарттык четтөөнү (SD) билдирери белгиленген. Бирок булак бардык убакыт чекиттериндеги чийки сандык температура маанилерин текст же таблица түрүндө бербейт. Ошондуктан Verianla текстинде графиктен жаңы так температура маанилери чыгарылган эмес.

Жылуу бурчу жана тийишүү бурчу сүрөттөрүндө ± маанилери берилген. Булакта ошондой эле кеңири гипотеза тести, p-маани же эффект өлчөмү боюнча анализ билдирилген эмес. Бул изилдөө негизинен материал даярдоого, беттик мүнөздөмөгө, контролдук тажрыйбаларга жана физикалык механизмди көрсөтүүгө таянат.

Изилдөөнүн негизги күчтүү жактары

• Фототермалдык нанобөлүкчөлөрдү тамчынын ичине кошпостон багытталган кыймыл көрсөтүлгөн.
• Тамчы кыймылын UVнин болушу менен гана түшүндүрбөө үчүн ар түрдүү беттик контролдук тажрыйбалар колдонулган.
• LCEнин фототермалдык жүрүм-туруму термалдык сүрөттөө менен бааланган.
• Төмөн беттик каршылык жылуу бурчун өлчөө аркылуу сандык түрдө салыштырылган.
• Температура–тийишүү бурчу байланышы өзүнчө тажрыйбаларда изилденген.
• Marangoni агымын колдоо үчүн боёк-трекер байкоосу колдонулган.
• Жалгыз тамчыны ташуудан тышкары эки тамчыны бириктирүү да көрсөтүлгөн.

Изилдөөнүн негизги чектөөлөрү

• Тажрыйбалар лабораториялык масштабда даярдалган композиттик беттерде жүргүзүлгөн.
• Негизги кыймыл тажрыйбасында 5 µL деиондоштурулган суу тамчысы жана белгилүү UV шарттары колдонулган; ар башка суюктуктар үчүн жалпы натыйжалуулук көрсөтүлгөн эмес.
• Негизги UV кыймыл шарты 365 nm жана 250 mW/cm²; башка жарык булактары ошол эле ташуу натыйжалуулугун берери көрсөтүлгөн эмес.
• Булак мүмкүн болгон бардык тамчы көлөмдөрү үчүн ылдамдык–көлөм байланышын түзгөн эмес.
• Узак мөөнөттүү циклдик чыдамдуулук же көп жолу кайталанган ташуу циклдериндеги натыйжалуулук кеңири билдирилген эмес.
• Чыныгы микрофлюидикалык түзмөк, биологиялык үлгү, дары же клетка ташуу натыйжалуулугу сыналган эмес.
• Туман чогултуу, өзүн-өзү тазалоо жана музданууну алдын алуу колдонмолору бул изилдөөдө эксперименттик колдонмо катары ырасталган эмес.
• Келечек үчүн сунушталган программалануучу LCE деформациясы жана үлгүлөнгөн жарык менен көп тамчылуу башкаруу азыркы изилдөөнүн ишке ашырылган натыйжасы эмес.

Изилдөөнүн туура илимий жыйынтыгы

Бул изилдөөнүн негизги жыйынтыгы — кайчылаш байланышкан LCE жергиликтүү UV нурлануусу астында түзгөн фототермалдык температуралык градиент силикон майы менен майланган, сүрүлүүсү төмөн PDMS бети менен бирге колдонулганда суу тамчыларын багытталган түрдө ташууга мүмкүндүк бере алат. Булак тажрыйбалары фототермалдык ысытуу гана же төмөн сүрүлүү гана жетишсиз экенин; эки таасир бирге иштеши зарыл экенин колдойт.

Бул механизмде жарык менен ысытылган аймакта тийишүү бурчунун тең салмагы бузулат, нымдануу градиентине байланышкан Young күчү менен температурадан келип чыккан беттик чыңалуу градиентине байланышкан Marangoni күчү бирге кыймыл багытына салым кошот. Тамчы кыймылы ушул күчтөрдүн беттик каршылыктан ашышы менен байланыштырылат.

Изилдөө тийишүүсүз жана жарык менен башкарылган акылдуу беттер үчүн эксперименттик ыкма сунуштайт. Бирок изилдөө келечекте сунуштаган туман чогултуу, өзүн-өзү тазалоо, музданууну алдын алуу же андан татаал көп тамчылуу операциялар азыркы макалада ырасталган колдонмолор эмес, кийинки изилдөөлөр үчүн мүмкүн болгон багыттар.

Булак жана Ыкма Жөнүндө Эскертүү

Түпнуска аталышы: Photo-Triggered Directional Movement of a Water Droplet on Surfaces by Liquid Crystal Elastomers

Авторлор: Shuhua Li; Yan Lin; Yanping Deng; Jiawen Chen.

Жооптуу авторлор: Yanping Deng жана Jiawen Chen.

Тең салым: Булак макалада тең салым/тең биринчи авторлук жөнүндө билдирүү көрсөтүлгөн эмес.

Мекемелер: School of Chemistry, South China Normal University, Guangzhou 510006, China; School of Materials and New Energy, South China Normal University, Shanwei 516600, China.

Журнал: Chemistry.

Басма: MDPI, Basel, Switzerland.

Библиографиялык жазуу: Chemistry 2026, 8(9), 116.

DOI: 10.3390/chemistry8090116

Расмий шилтеме: https://doi.org/10.3390/chemistry8090116

Макаланын убакыт тартиби: Received: 20 Июль 2026; Revised: 13 Август 2026; Accepted: 23 Август 2026; Published: 26 Август 2026.

Булактын түрү жана рецензиялоо абалы: Chemistry журналында жарыяланган изилдөө макаласы. Chemistry — MDPI тарабынан чыгарылган эл аралык рецензияланган ачык жеткиликтүү химия журналы.

Лицензия: Creative Commons Attribution (CC BY) ачык жеткиликтүүлүк лицензиясы.

Препринт абалы: Каралган булак PDFде препринт версиясы же препринт идентификатору көрсөтүлгөн эмес.

Изилдөөнүн түрү: Эксперименттик полимер/материал таануу, бет жана фазалар аралык илим, фототермалдык мүнөздөмө жана лабораториялык масштабдагы тамчы манипуляциясы.

Каржылоо: National Key R&D Program of China, долбоор номери 2020YFE0100200; Guangdong Basic and Applied Basic Research Foundation, долбоор номери 2025A1515011287.

Маалыматтардын жеткиликтүүлүгү: Изилдөөнүн жыйынтыктарын колдогон маалыматтарды негиздүү суроо-талап боюнча жооптуу автордон алууга болору көрсөтүлгөн.

Кызыкчылыктардын кагылышы: Авторлор кызыкчылыктардын кагылышы жок экенин билдиришкен.

Авторлордун салымы: Shuhua Li: тажрыйба дизайны, тажрыйбаларды жүргүзүү, маалымат алуу жана алгачкы долбоорду жазуу. Yan Lin: тажрыйбалардын бир бөлүгүн жүргүзүү жана маалымат алуу. Yanping Deng: кароо жана редакциялоо. Jiawen Chen: жазуу, кароо жана макаланы жыйынтыктоо. Бардык авторлор жарыяланган версияны окуп, бекитишкен.

Кошумча материалдар: Булак изилдөөнүн кошумча материалдарында FTIR спектрлери, ар кандай беттердеги тамчы кыймылы, LCE жана PDMS калыңдыгынын сүрөттөрү, ар түрдүү LCE үлгүлөрүнүн фототермалдык IR видеолору, ар кандай жарык интенсивдүүлүктөрү, жылуу бурчтары, контролдук беттер, жалгыз тамчы кыймылы, Marangoni агымы жана эки 5 µL тамчынын биригишине байланыштуу видеолор, ошондой эле PETMP-0/PETMP-20/PETMP-40 курам таблицасы бар.

Негизги методологиялык чектөө: Изилдөө 365 nm UV менен лабораториялык масштабдагы композиттик бетте жүргүзүлгөн көзөмөлдөнгөн тамчы тажрыйбасы. Жыйынтыктарды башка суюктуктарга, башка жарык булактарына, өнөр жай колдонмолоруна же биологиялык/клиникалык ташуу системаларына автоматтык түрдө жалпылоого болбойт. Келечектеги колдонуу багыттары булак авторлорунун божомолу болуп саналат жана азыркы тажрыйбада ырасталган жыйынтыктар эмес.